摩托车氢燃料电池标准体系建设研究.pdf

摘要：近年来，随着环境和能源安全问题日益严重，氢燃料电池越来越受到我国政府、机动车生产企业的重视。在摩托车领域，氢燃料电池作为新兴产品，目前还没有相关的国家标准。分析了国内汽车氢燃料电池的相关标准，参考国内汽车氢燃料电池标准体系，建设了国内摩托车氢燃料电池标准体系框架，阐述了摩托车氢燃料电池标准所需测试的项目、参数等内容，研究了摩托车氢燃料电池相关标准的适用性，以期为摩托车氢燃料电池行业的发展提供指导。关键词：摩托车氢燃料电池标准体系中图分类号：U473.4文献标识码：A文章编号：2095-8234（2023）04-0023-04A Study on the Standard System Construction ofMotorcycle Hydrogen Fuel CellHE Wenjie1;HU Rui1;SU Mei1;QIN Yanzhou21-Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute(Tianjin Motorcycle Technical Center)(Tianjin,300072,China)2-State Key Laboratory of Engines(Tianjin University)Abstract：In recent years,with the increasingly serious environmental and energy security problems,hydro-gen fuel cell is paid more and more attention by the Chinese government and motor vehicle production en原terprises.In the field of motorcycle,as an emerging product,hydrogen fuel cell has no relevant nationalstandard.This paper analyzes the relevant standards of Chinese automobile hydrogen fuel cell.Referring tothe Chinese automobile hydrogen fuel cell standard system,the construction of the Chinese motorcycle hy原drogen fuel cell standard system framework is put forward,the motorcycle hydrogen fuel cell standard testproject and parameters are expounded.The applicability of motorcycle hydrogen fuel cell related standardis studied,in order to provide guidance for the development of motorcycle hydrogen fuel cell industry.Keywords：Motorcycle;Hydrogen fuel cell;Standard;System作者简介：贺文杰（1974-），男，高级工程师，主要研究方向为摩托车及零部件国内外标准法规和检测技术。引言随着国家双碳战略的提出，氢燃料电池越来越受到关注和青睐。汽车领域已经开发出诸多氢燃料电池技术，相关部门也出台了多项汽车氢燃料电池技术标准。然而，在摩托车领域，氢燃料电池技术应用起步较晚，目前尚无完整和成熟的摩托车氢燃料电池标准体系。本文参考国内汽车氢燃料电池标准体系，建设了国内摩托车氢燃料电池标准体系框架，以期为摩托车氢燃料电池行业的发展提供指导。1双碳战略推动摩托车氢燃料电池标准建设2020 年 9 月，我国正式提出双碳战略，即在2030摩托车氢燃料电池标准体系建设研究贺文杰1胡瑞1苏梅1秦彦周2（1-天津内燃机研究所（天津摩托车技术中心）天津3000722-先进内燃动力全国重点实验室（天津大学）小 型 内 燃 机 与 车 辆 技 术SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND VEHICLE TECHNIQUE第 52 卷第 4 期圆园23 年 8 月Vol.52 No.4Aug.2023小型内燃机与车辆技术第 52 卷注：表 1 中，*表示“计划号”，表示“目前没有计划号”。年之前实现碳达峰，在 2060 年之前实现碳中和1。双碳战略积极倡导节能、减排、提高效率和清洁转型，要实现双碳战略的目标，必须构建新型能源体系。机动车领域各方为了践行国家双碳战略，积极开展产品转型，以实现机动车碳排放归零。在目前的新能源车辆中，纯电动车辆存在续驶里程偏短、低温亏电、充电偏慢等缺点，而氢燃料电池车辆加氢速度较快，续驶里程较长、能效较高的特点受到行业和市场的关注和青睐。在汽车和摩托车领域，目前最有潜力的新能源技术是氢燃料电池技术，氢燃料电池技术是实现双碳战略目标的主要技术之一。为此，制定相关的氢燃料电池标准是非常有必要的。2市场需求推动摩托车氢燃料电池标准建设国内外的摩托车和电动自行车产品中已经出现了以氢燃料电池为动力的车辆。铃木公司于 2010 年开展燃料电池摩托车研究，并于 2014 年 6 月推出了一款可量产的BURGMANFuel-Cell 氢燃料电池两轮摩托车。该车型是在原有车型 BURGMAN 200 的基础上进行改进的，在车速为 30 km/h 的条件下，续驶里程可达 350 km；在车速为 60 km/h 的条件下，续驶里程可达 120 km；在10 L储氢气罐条件下，400 s 可完成燃料补给。2017 年 3月，铃木公司有 18 辆 BURGMAN Fuel-Cell 氢燃料电池两轮摩托车取得了牌照。同年，铃木公司为英国伦敦警察局配备了该款氢燃料电池摩托车2。宗申氢能源公司（宗申动力子公司）自主研发了一款氢燃料电池系统，并将其搭载在宗申森蓝E-RT3 车型上。新车型具有“零排放、强动力、长续航”的优势，协同宗申机车公司的摩托车整车调教后，在内部测试时，实现了“双 100（车速为 100 km/h 和续驶里程为 100 km）”性能指标（35 MPa 下）；加满氢气只需 23 min；整车最大续驶里程可接近 150 km，并可满足全天候使用需求。同时，通过车载供氢系统高温保护、过压保护、低压报警、泄漏检测等安全设计，车辆氢气系统的安全性得到高度保障3。值得注意的是，该车型的结构和外形与其燃油车型一致。九号科技有限公司推出了一款氢燃料电池电动自行车 B65H，该车型结构和现有车型电动九号 CC60类似，并搭载固态储氢瓶。和宗申氢能源公司、铃木公司的气罐储氢相比，九号科技有限公司的固态储氢瓶，使加氢变为换氢。在 110 g（2 个 1 L 储氢瓶）条件下，该车型续驶里程可达 110 km，更换固态储氢罐时间小于 120 s。受限于电动自行车标准要求，最高车速只有 25 km/h4。虽然如此，由于电动自行车和电动轻便摩托车结构和外形的相似性，可预见，该技术可用于相同结构和外形的摩托车上。此外，九号科技有限公司还在研发一款搭载固态储氢瓶的电动摩托车SegwayAPEX H2，预估最高时速可以达到 150 km/h5。随着双碳战略的提出，包括摩托车、电动自行车在内，搭载氢燃料电池的车辆越来越受到关注和重视，这为摩托车氢燃料电池标准的制定提供了前提条件，使其变得可行和必要。3汽车氢燃料电池标准体系建设情况据统计，汽车领域氢燃料电池的核心标准共计32 个（部分标准处于计划制订阶段），见表 1。表 1汽车领域氢燃料电池标准汇总序号标准号/计划号标准名称1GB/T 26779-2021燃料电池电动汽车加氢口2GB/T 39132-2020燃料电池电动汽车定型试验规程3GB/T 24549-2020燃料电池电动汽车 安全要求4GB/T 34593-2017燃料电池发动机氢气排放测试方法5GB/T 34425-2017燃料电池电动汽车 加氢枪6GB/T 29124-2012 氢燃料电池电动汽车示范运行配套设施规范7GB/T 29126-2012燃料电池电动汽车 车载氢系统 试验方法8GB/T 26990-2011燃料电池电动汽车 车载氢系统 技术条件9GB/T 26991-2011燃料电池电动汽车 最高车速试验方法10 GB/T 37154-2018燃料电池电动汽车 整车氢气排放测试方法11 GB/T 35178-2017燃料电池电动汽车 氢气消耗量 测量方法12 GB/T 29123-2012示范运行氢燃料电池电动汽车技术规范13 GB/T 24554-2022燃料电池发动机性能试验方法14 GB/T 24548-2009燃料电池电动汽车 术语15 GB/T 38914-2020车用质子交换膜燃料电池堆使用寿命测试评价方法16 GB/T 28816-2020燃料电池 术语17 GB/T 36288-2018燃料电池电动汽车 燃料电池堆安全要求18 GB/T 34872-2017质子交换膜燃料电池供氢系统技术要求19 GB/T 33978-2017道路车辆用质子交换膜燃料电池模块20 GB/T 20042.1-2017质子交换膜燃料电池 第 1 部分：术语21 GB/T 31035-2014 质子交换膜燃料电池电堆低温特性试验方法22 GB/T 29838-2013燃料电池 模块23 GB/T 20042.2-2008质子交换膜燃料电池 电池堆通用技术条件24 GB/T 34544-2017小型燃料电池车用低压储氢装置安全试验方法25 GB/T 30718-2014压缩氢气车辆加注连接装置26 GB/T 35544-2017车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶2720203814-T-339*燃料电池电动汽车能量消耗量及续驶里程试验方法2820203676-T-339*燃料电池电动汽车碰撞后安全要求2920203973-T-339*燃料电池电动汽车低温冷起动性能试验方法3020202535-T-339*燃料电池电动汽车动力性能试验方法3120202696-T-469*氢燃料电池车辆用加注协议技术要求32质子交换膜燃料电池系统高压气瓶安装要求624第 4 期图 2汽车氢燃料电池标准中要求和规范的参数核心参数整车术语、定型试验、安全、碰撞、动力性能、最高车速、低温起动、氢气排放、氢气消耗、能耗及续驶里程、能耗（单一动力）、能耗（混合动力）氢系统技术条件、试验方法、供能技术要求加注连接装置定义、设计、安全电池术语、模块要求、模块安全和性能电池堆技术条件、安全要求、使用寿命测试和计算方法、低温特性气瓶技术要求、安全、安装运行规范配套设施术语、定义、条件、要求、技术规范条件、加注规范发动机性能、氢气排放加注加注枪定义、要求；加注口型式、标志、要求这 32 个核心标准分为整车、电池、电池堆、气瓶、氢系统、运行规范、发动机、加注及加注连接装置等 9 大类，如图 1 所示。其中，整车类标准最多，为 10个，占核心标准的 31%。汽车氢燃料电池标准中要求和规范的参数如图2 所示。由此可知，在国内的汽车领域，氢燃料电池标准体系建设已较为完善。图 1汽车燃料电池核心标准分类汇总4摩托车氢燃料电池标准体系建设在国内的摩托车领域，目前还没有相关的氢燃料电池标准。根据双碳战略、市场情况，可参考汽车氢燃料电池标准体系建设摩托车氢燃料电池标准体系。这个体系可包括整车、电池及电池堆、供能系统、加注及连接装置、运行规范等 5 大类别，如图 3 所示。摩托车氢燃料电池标准体系要求和规范的参数设置如图 4 所示。电池，4，13%电池堆，4，13%气瓶，3，10%氢系统，3，9%运行规范，3，9%发动机，2，6%加注，2，6%加注连接装置，1，3%整车10电池4电池堆4气瓶3氢系统3运行规范3发动机2加注2加注连接装置1总数32检测项目标准数量整车，10，31%图 3摩托车氢燃料电池标准体系规划电池及电池堆供能系统整车运行规范加注及连接装置能耗及续驶里程整车定型试验术语安全动力性能碰撞最高车速氢气排放低温起动氢气消耗供能系统发动机氢气排放性能氢气消耗氢系统试验方法技术条件供能要求气瓶技术要求安全安装加注及连接装置加氢枪型式要求标志定义安全设计加氢口加注连接定义氢气消耗要求运行规范技术规范加注规范要求条件术语定义电池及电池堆安全要求技术条件使用寿命低温要求模块性能术语图 4摩托车氢燃料电池标准体系要求和规范的参数设置贺文杰等：摩托车氢燃料电池标准体系建设研究25小型内燃机与车辆技术第 52 卷根据上述规划和设置，可先期重点制定 17 个标准，以支撑标准体系的建设。这些标准可包括术语和定义、定型试验规程、安全要求、能量消耗量及续驶里程、氢气消耗量、最高车速、加氢枪、加氢口等产品技术和示范运行相关内容，见表 2。5结束语本文分析了氢燃料电池技术在双碳战略中的重要性、摩托车领域氢燃料电池车辆的开发情况，根据国内汽车氢燃料电池的标准体系，建设了国内摩托车氢燃料电池标准体系框架。该标准体系尽可能地涵盖车辆安全、能源、动力等基本特性和技术，可填补国内摩托车氢燃料电池标准体系的空白，为国内摩托车氢燃料电池标准体系的建立提供了方向、设想、参考和建议。由于摩托车氢燃料电池技术起步较晚，市场上相关产品较少，远不如汽车相关产品丰富和成熟，本文所建设的摩托车氢燃料电池标准体系框架尚需进一步完善并根据未来实际情况持续调整。国内摩托车氢燃料电池标准体系的建立需要国家主管部门、认证机构、检测机构、行业协会、生产企业、终端用户等共同努力，只有建立一套完整、成熟、有效的摩托车氢燃料电池标准体系，才能有针对性地指导和引导摩托车领域氢燃料电池技术发展，为国家双碳战略目标的实现做出切实有效的贡献。参考文献1知乎.浅谈 2022 年双碳与科技发展趋势双碳篇EB/OL.（2022-08-12）2023-07-10.https：/ 燃料电池摩托车及其燃料电池系统EB/OL.（2020-05-07）2021-12-25.https：/ 150 km/h，续航可达 400 公里，九号首款氢能源二轮电动车来了！EB/OL.（2021-04-21）2021-12-25.https：/ 广东省发展和改革委员会 广东省工业和信息化厅广东省住房和城乡建设厅 广东省应急管理厅关于印发广东省氢燃料电池汽车标准体系与规划路线图（2020-2024年）的通知EB/OL.（2020-09-15）2021-12-25.http：/ 2摩托车燃料电池标准体系建设框架序号12345678标准名称（暂定）燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 术语和定义燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 安全要求燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 定型试验规程燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 氢气消耗量 测量方法燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 能量消耗量及续驶里程测试方法（含混合动力）燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 整车氢气排放测试方法燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 碰撞后安全要求燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 动力性能试验方法9燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 最高车速试验方法10燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 低温冷起动性能试验方法11燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 车载氢系统 技术条件12燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 车载氢系统 试验方法13燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 燃料电池堆安全要求14燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 加氢枪15燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 加氢口16燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 示范运行技术规范17燃料电池摩托车和燃料电池轻便摩托车 示范运行配套设施规范26